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| 铁族元素掺杂改性二氧化钛光催化剂特性 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2013-12-05 09:54:50 浏览次数： |
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（中国粉体技术网/刘莉）近年，高效无毒的光催化剂——二氧化钛(TiO2)纳米材料用于有机物环境污染降解方面的研究受到了广泛关注。但是TiO2光催化剂带隙能较宽，只能吸收波长小于或等于387.5nm的光，即只能被波长较短的紫外线激发。而照射到地面的太阳光中只有4%-6%的紫外光线，因此对可见光及光激发电荷的利用率较低，限制了其实际应用范围。
TiO2属于n型半导体材料，禁带宽度为3.2ev，当它受到波长小于或等于387.5nm的光（紫外光）照射时，价带的电子就会获得光子的能量而越前至导带，形成光生电子（e-）；而价带中则相应的形成光生空穴（h+），如下图所示。在电场的作用下，光电效应产生的光生电子和空穴就分别迁移到TiO2表面不同位置。光生电子（e-）易被水中溶解氧等氧化物所捕获，而空穴（h+）则可氧化吸附于TiO2表面的有机物或先把吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧化成自由基（·OH）。自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，能氧化水中绝大部分的有机物及无机污染物，将其矿化为无机小分子、CO2和H2O等无害物质。但是光生电子和空穴都不稳定，极易复合。因此抑制光生载流子的复合，提高界面电子转移速率是改善光催化性能的有效方法。
TiO2光电效应示意图
中科院东北地理与农业生态研究所于洪文研究员等科研人员通过一种简易的水热法合成制备铁族（铁，钴，镍）单一元素掺杂的同时暴露（001）高能晶面的TiO2纳米片，并利用紫外光和可见光照射降解偶氮染料—亚甲基蓝，评价不同掺杂的TiO2的光催化性能。研究发现，改变掺杂元素的类型和含量，会使TiO2纳米片的尺寸和（001）晶面的面积发生变化，造成了TiO2的光催化活性的显著差异。
该研究第一次揭示了铁族元素掺杂的TiO2光催化剂特性：
1.光催化活性：铁掺杂<钴掺杂<镍掺杂；
2.最优化的掺杂元素与钛的含量比为0.75%。
同时，通过测定电化学阻抗、光电流及荧光光谱等分析手段，详细阐明了电荷的分离和迁移速率主要受掺杂离子的类型与含量影响，而这些电荷行为也最终决定TiO2的光催化活性的重要机理。
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